Útþörf
Þó að meira og meira hafi heyrst um ytri beinagrind undanfarið, kemur í ljós að saga þessarar uppfinningar nær aftur til nítjándu aldar. Finndu út hvernig það hefur breyst í gegnum áratugina og hvernig tímamótin í þróun þess litu út.
1. Myndskreyting úr einkaleyfi Nikolai Yagn
1890 – Fyrstu nýstárlegu hugmyndirnar um að búa til ytri beinagrind eru frá 1890. öld. Árið 420179 fékk Nicholas Yagn einkaleyfi í Bandaríkjunum (einkaleyfi nr. US XNUMX A) "Tæki til að auðvelda göngu, hlaup og stökk" (1). Um var að ræða brynju úr viði, en tilgangurinn með því var að auka hraða kappans í margra kílómetra göngu. Hönnunin varð uppspretta innblásturs fyrir frekari leit að bestu lausninni.
1961 - Á sjöunda áratugnum hóf General Electric, ásamt hópi vísindamanna frá háskólanum í Comell, vinnu við gerð rafvökvabúninga sem styður hreyfingu manna. Samstarf við herinn um Man Augmentation verkefnið leiddi til þróunar Hardiman (2). Markmið verkefnisins var að búa til búning sem líkir eftir náttúrulegum hreyfingum manns og gerir honum kleift að lyfta hlutum sem vega tæplega 700 kg. Búningurinn sjálfur vó það sama, en áþreifanleg þyngd var aðeins 20 kg.
2. General Electric frumgerð varmaskiptir
Þrátt fyrir árangur verkefnisins kom í ljós að notagildi þess var hverfandi og fyrstu eintökin urðu dýr. Takmarkaður hreyfanleiki þeirra og flókið raforkukerfi gerðu þessi tæki að lokum ónothæf. Við prófun kom í ljós að Hardiman getur aðeins lyft 350 kg og hefur við langvarandi notkun tilhneigingu til hættulegra, ósamstilltra hreyfinga. Frá frekari þróun frumgerðarinnar var aðeins einn handleggur yfirgefinn - tækið vó um 250 kg, en það var alveg eins ópraktískt og fyrri ytri beinagrind.
70-s. „Vegna stærðar, þyngdar, óstöðugleika og aflvandamála fór Hardiman aldrei í framleiðslu, en iðnaðar Man-Mate notaði tækni frá sjöunda áratugnum. Réttindin að tækninni voru keypt af Western Space and Marine, stofnað af einum verkfræðinga GE. Varan hefur verið þróuð enn frekar og er í dag til í formi stórs vélfæraarms sem getur lyft allt að 60 kg með kraftgjöf, sem gerir hana tilvalin fyrir stáliðnaðinn.
3. Ytri beinagrind byggð á Mihailo Pupin stofnuninni í Serbíu.
1972 – Snemma virk beinagrind og manngerð vélmenni voru þróuð á Mihailo Pupin stofnuninni í Serbíu af hópi undir forystu prof. Miomir Vukobratovich. Í fyrsta lagi hafa fótahreyfingarkerfi verið þróuð til að styðja við endurhæfingu fólks sem þjáist af paraplegia (3). Við þróun virkra ytra beinagrinda þróaði stofnunin einnig aðferðir til að greina og stjórna göngulagi manna. Sumar þessara framfara hafa stuðlað að þróun hágæða mannkyns vélmenna nútímans. Árið 1972 var virkur pneumatic beinagrind með rafrænni forritun fyrir lömun á neðri útlimum prófuð á bæklunarlækningastofu í Belgrad.
1985 „Verkfræðingur hjá Los Alamos National Laboratory er að smíða ytri beinagrind sem kallast Pitman, kraftbrynja fyrir fótgönguliða. Stýring tækisins byggðist á skynjurum sem skanna yfirborð höfuðkúpunnar, settir í sérstakan hjálm. Miðað við getu tækni þess tíma var hún of flókin hönnun til að framleiða. Takmörkunin var fyrst og fremst ófullnægjandi tölvugeta tölva. Að auki var tæknilega nánast ómögulegt að vinna úr heilamerkjum og breyta þeim í utanbeinagrind.
4. Exoskeleton Lifesuit, hannaður af Monty Reed.
1986 - Monty Reed, hermaður í bandaríska hernum, sem hryggbrotnaði í fallhlífarstökki, þróar ytri beinagrind (e. survival suit) (4). Hann var innblásinn af lýsingum á hreyfanlegum fótgöngubúningum í vísindaskáldsögu Robert Heinleins, Starship Troopers, sem hann las þegar hann var að jafna sig á sjúkrahúsinu. Hins vegar byrjaði Reed ekki að vinna á tækinu sínu fyrr en árið 2001. Árið 2005 prófaði hann frumgerð 4,8 björgunarbúninga í St. Patrick's Day hlaupinu í Seattle, Washington. Framkvæmdaraðilinn segist hafa sett gönguhraðamet í vélmennabúningum, hann leggst yfir 4 kílómetra á 14 km/klst meðalhraða. Frumgerðin Lifesuit 1,6 gat farið 92 km fullhlaðin og leyft að lyfta XNUMX kg.
1990-nú - Fyrsta frumgerð HAL beinagrindarinnar var sett fram af Yoshiyuki Sankai (5), prófessor. Háskólinn í Tsukuba. Sankai eyddi þremur árum - frá 1990 til 1993 - í að bera kennsl á taugafrumurnar sem stjórna fótleggjum. Það tók hann og lið hans fjögur ár í viðbót að frumgerð búnaðarins. Þriðja HAL frumgerðin, þróuð snemma á 22. öld, var tengd við tölvu. Rafhlaðan sjálf vó tæp 5 kg sem gerði hana mjög ópraktíska. Aftur á móti vó síðari gerð HAL-10 aðeins 5 kg og var rafhlaðan og stýritölvan vafuð um mitti notandans. HAL-XNUMX er eins og stendur fjögurra útlima læknisfræðilegt beinagrind (þótt ein útlimaútgáfa sé einnig fáanleg) framleidd af japanska fyrirtækinu Cyberdyne Inc. í samvinnu við háskólann í Tsukuba.
5. Prófessor Yoshiyuki Sankai kynnir eina af ytri beinagrindinni.
Virkar um það bil 2 klukkustundir 40 mínútur bæði inni og úti. Hjálpar til við að lyfta þungum hlutum. Staðsetning stjórna og aksturs í gámum inni í hulstrinu gerði það að verkum að hægt var að losa sig við „bakpokann“ sem er svo einkennandi fyrir flestar ytri beinagrind, stundum líkjast stórum skordýrum. Fólk með háþrýsting, beinþynningu og hvers kyns hjartasjúkdóma ætti að ráðfæra sig við lækni áður en HAL er notað og frábendingar eru ma, en takmarkast ekki við, gangráð og meðgöngu. Sem hluti af HAL FIT forritinu býður framleiðandinn upp á möguleika á að nota meðferðarlotur með ytri beinagrind fyrir bæði veikt og heilbrigt fólk. Hönnuður HAL heldur því fram að næstu stig uppfærslunnar muni einbeita sér að því að búa til þunnan jakkaföt sem gerir notandanum kleift að hreyfa sig frjálslega og jafnvel hlaupa.
2000 - prófessor. Homayoun Kazeruni og teymi hans hjá Ekso Bionics eru að þróa Universal Human Cargo Carrier, eða HULC (6) er þráðlaus ytri beinagrind með vökvadrifi. Tilgangur þess er að hjálpa stríðandi hermönnum að bera allt að 90 kg að þyngd í langan tíma, með hámarkshraða upp á 16 km/klst. Kerfið var kynnt almenningi á AUSA Winter Symposium 26. febrúar 2009, þegar leyfissamningur var gerður við Lockheed Martin. Ríkjandi efni sem notað er í þessari hönnun er títan, létt en tiltölulega dýrt efni með mikla vélrænni og styrkleikaeiginleika.
Ytri beinagrindurinn er búinn sogskálum sem gera þér kleift að bera hluti sem vega allt að 68 kg (lyftibúnaður). Rafmagn kemur frá fjórum litíum-fjölliða rafhlöðum sem tryggja eðlilega notkun tækisins við hámarksálag í allt að 20 klst. Ytri beinagrind var prófuð við ýmsar bardagaaðstæður og með ýmsum álagi. Eftir röð árangursríkra tilrauna haustið 2012 var hann sendur til Afganistan þar sem hann var prófaður í vopnuðum átökum. Þrátt fyrir marga jákvæða dóma var verkefnið frestað. Eins og það kom í ljós gerði hönnunin það erfitt að framkvæma ákveðnar hreyfingar og jók í raun álagið á vöðvana, sem stangaðist á við almenna hugmynd um sköpun þess.
2001 – Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX) verkefnið, sem upphaflega var ætlað aðallega fyrir herinn, er í gangi. Innan ramma þess hefur vænlegur árangur náðst í formi sjálfstæðra lausna sem hafa hagnýtt mikilvægi. Fyrst af öllu var búið til vélmenni sem fest var við neðri hluta líkamans til að gefa fótunum aukinn styrk. Búnaðurinn var fjármagnaður af Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) og þróaður af Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory, deild háskólans í Kaliforníu, Berkeley vélaverkfræðideild. Berkeley ytri beinagrind kerfið gefur hermönnum getu til að bera stóran farm með lágmarks fyrirhöfn og yfir hvers kyns landslagi, svo sem mat, björgunarbúnað, skyndihjálparbúnað, fjarskipti og vopn. Auk hernaðarforrita er BLEEX nú að þróa borgaraleg verkefni. Vélfæra- og mannvirkjarannsóknarstofan rannsakar nú eftirfarandi lausnir: ExoHiker - ytri beinagrind sem er hannaður aðallega fyrir leiðangursmenn þar sem þörf er á að flytja þungan búnað, ExoClimber - búnaður fyrir fólk sem klifur upp háar hæðir, Medical Exoskeleton - ytri beinagrind fyrir fólk með fötlun líkamlega getu. hreyfitruflanir í neðri útlimum.
8. Frumgerð Sarcos XOS 2 í aðgerð
текст
2010 – XOS 2 birtist (8) er framhald af XOS ytri beinagrindinni frá Sarcos. Í fyrsta lagi er nýja hönnunin orðin léttari og áreiðanlegri, sem gerir þér kleift að lyfta byrði sem vega allt að 90 kg í kyrrstöðu. Tækið líkist cyborg. Stýringin byggist á þrjátíu stýristækjum sem virka eins og gervi liðir. Í ytri beinagrindinni eru nokkrir skynjarar sem senda merki til stýrimanna í gegnum tölvu. Þannig á sér stað hnökralaus og samfelld rekstur og notandinn finnur ekki fyrir neinni verulegri áreynslu. Þyngd XOS er 68 kg.
2011-nú – Bandaríska matvæla- og lyfjaeftirlitið (FDA) samþykkir ReWalk læknisfræðilega beinagrind (9). Það er kerfi sem notar styrkleikaþætti til að styrkja fæturna og gerir fólki með lömun kleift að standa upprétt, ganga og ganga upp stiga. Orka er veitt af bakpoka rafhlöðu. Stýringin fer fram með einfaldri handfjarstýringu sem skynjar og leiðréttir hreyfingar notandans. Allt var hannað af Amit Goffer frá Ísrael og er selt af ReWalk Robotics Ltd (upphaflega Argo Medical Technologies) fyrir um 85 PLN. dollara.
9 manns ganga í ReWalk beinagrind
Þegar útgáfan kom út var búnaðurinn fáanlegur í tveimur útgáfum - ReWalk I og ReWalk P. Sú fyrri er notuð af sjúkrastofnunum í rannsóknum eða lækningalegum tilgangi undir eftirliti læknisfræðings. ReWalk P er ætlað til persónulegra nota fyrir sjúklinga heima eða á almenningssvæðum. Í janúar 2013 kom út uppfærð útgáfa af ReWalk Rehabilitation 2.0. Þetta bætti hæfni fyrir hærra fólk og bætti stýrihugbúnaðinn. ReWalk krefst þess að notandinn noti hækjur. Hjarta- og æðasjúkdómar og beinbrot eru nefnd sem frábendingar. Takmörkunin er einnig vöxtur, innan við 1,6-1,9 m, og líkamsþyngd allt að 100 kg. Þetta er eina ytri beinagrindin sem þú getur keyrt bíl í.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Ekso Bionics, áður þekkt sem Berkeley Bionics, afhjúpar læknisfræðilega ytri beinagrind. Verkefnið hófst tveimur árum áður undir nafninu eLEGS (10), og var ætlað til endurhæfingar fólks með mismikla lömun. Líkt og ReWalk krefst smíðinnar notkun hækja. Rafhlaðan gefur orku fyrir að minnsta kosti sex tíma notkun. Exo sett kostar um 100 þús. dollara. Í Póllandi er vitað um verkefni utanbeinagrindarinnar Ekso GT, lækningatækis sem hannað er til að vinna með taugasjúklingum. Hönnun þess gerir kleift að ganga, þar á meðal fólk eftir heilablóðfall, mænuskaða, sjúklinga með MS eða með Guillain-Barré heilkenni. Búnaðurinn getur starfað á nokkrum mismunandi stillingum, allt eftir því hversu vanstarfsemi sjúklingsins er.
2013 – Mindwalker, hugarstýrt ytri beinagrind verkefni, fær styrk frá Evrópusambandinu. Hönnunin er afrakstur samstarfs vísindamanna frá Frjálsa háskólanum í Brussel og Santa Lucia stofnunarinnar á Ítalíu. Rannsakendur prófuðu mismunandi leiðir til að stjórna tækinu - þeir telja að heila-tauga-tölvuviðmótið (BNCI) virki best, sem gerir þér kleift að stjórna því með hugsunum. Merki berast á milli heilans og tölvunnar og fara framhjá mænunni. Mindwalker breytir EMG merkjum, það er litlum möguleikum (kallaðir vöðvamöguleikar) sem birtast á yfirborði húðar einstaklings þegar vöðvar vinna, í rafrænar hreyfiskipanir. Ytri beinagrind er frekar létt, vegur aðeins 30 kg án rafhlöðu. Það mun styðja fullorðna sem vega allt að 100 kg.
2016 – ETH Tækniháskólinn í Zürich, Sviss, hýsir fyrstu Cybathlon íþróttakeppnina fyrir fólk með fötlun sem notar hjálparvélmenni. Ein af greinunum var utanbeinahlaup á hindrunarbraut fyrir fólk með lömun í neðri útlimum. Í þessari sýningu á færni og tækni þurftu ytri beinagrind notendur að framkvæma verkefni eins og að sitja í sófa og standa upp, ganga í brekkum, stíga á steina (eins og þegar farið er yfir grunna fjallaá) og klifra upp stiga. Í ljós kom að enginn náði tökum á öllum æfingunum og það tók hröðustu liðin meira en 50 mínútur að klára 8 metra hindrunarbrautina. Næsti viðburður mun fara fram árið 2020 sem vísbending um þróun ytri beinagrind tækni.
2019 – Í sumarsýningum í Commando Training Centre í Lympston, Bretlandi, sýndi Richard Browning, uppfinningamaður og forstjóri Gravity Industries, Daedalus Mark 1 exoskeleton þotubúninginn sinn, sem setti mikinn svip á herinn, en ekki aðeins Breta. Sex smáþotuhreyflar - tveir þeirra eru settir að aftan og tveir í formi viðbótarpöra á hvorum handlegg - gera þér kleift að klifra upp í allt að 600 m hæð. Enn sem komið er er aðeins nóg eldsneyti fyrir 10 mínútur af flug...
